基于DM8148的視頻處理系統設計

隨著(zhù)我國安防產(chǎn)業(yè)迅速崛起，高清攝像機逐漸得到普及，促使當代安防系統逐步向高清晰度、高智能化轉變。但由于高清智能視頻監控系統所要處理的數據量龐大，使得目前多數的嵌入式處理器均難以應對?；谶@種需求，本文設計了基于DM8148的高清視頻處理平臺以滿(mǎn)足高清視數據處理的需求。

1 基于DM8148視頻處理系統硬件結構

本高清視頻處理系統以TI公司出品的TNS320DM8148視頻處理器為核心，輔以各種外設接口。圖1為系統硬件結構框圖，整個(gè)系統主要分為：采集模塊、視頻處理模塊、外部存儲器模塊和電源模塊。

2 采集模塊

采集模塊主要由丹諾高清攝像機DN-HDC20-CN、一個(gè)DVI輸入接口和Silicon Image公司的SiI1161芯片組成。SiI1161的PD用于控制整塊芯片的電源供給，當PD為高電平時(shí)，芯片正常工作;當PD為低電平時(shí)，芯片的所有輸出引腳輸出為高阻態(tài)。

由圖2可知，從DVI接口輸入的TMDS差分信號對直接輸入到SiI1161中，為防止干擾，在差分信號上接入一個(gè)10 kΩ的電阻到地;圖中U7(24C02A)為EDID存儲器(128 Byte)，存放DVI接口所對應的顯示格式、分辨率等顯示屬性數據，再由信號源端通過(guò)DDC信道讀取。右側QE[0：23]直接與DMS148的VIN0信號輸入引腳相連。

3 視頻處理模塊

系統的視頻處理模塊主要由C674xDSP、高清視頻處理子系統HDVPSS和高清視頻協(xié)處理器HDVICP2，3部分組成。

VPSS的視頻輸入接口支持RGB、YUV422和YUV420的數據存儲格式。采集模塊采集到的24位RGB信號可通過(guò)VPSS的VIP0被接收。之后，VIP0所支持的可編程顏色空間轉換將24位RGB信號轉化為YCbCr信號，即YUV信號，具體設計為YUV422。

RGB輸入視頻數據轉換完成后，將YUV422數據流送入VPSS的主通道(Primazy Pipelines)。VPSS的主通道采用內置包含一三維動(dòng)態(tài)自適應去隔行掃描器和一無(wú)邊界自適應縮放器的算法，專(zhuān)門(mén)用于處理視頻以產(chǎn)生全高清視頻輸出。在對YUV422做去隔行和縮放處理后，通過(guò)回寫(xiě)通道0(write back 0)將數據流發(fā)送到指定的外部存儲器DDR3中。

VPSS上的處理流程完成后，ARM端應用程序調用C674xDSP中添加OSD信息的算法為視頻加上文字信息。

圖3為HDVICP2的基本框圖，HDVICP2與VPSS有一塊256 kB共享內存，其局域互連功能保證其各個(gè)模塊與媒體控制器互連，并可通過(guò)L3 Interconnect與其他外部模塊如Cortex A8、外部存儲器互連，從而完成接收指令和讀取數據的任務(wù)。

當DSP上的工作完成后，A8端應用程序通過(guò)符合x(chóng)DM(eXpress DSP Digital Media)標準的API調用HDVICP2對同時(shí)通過(guò)DMA傳送到HDVICP2中的視頻進(jìn)行H264編解碼操作。

4 外部存儲器模塊

4.1 SDRAM模塊

DMS148芯片內部有32 kB的一級程序緩存，32 kB的一級數據緩存和256 kB的程序數據共享二級緩存。但對于實(shí)時(shí)視頻圖像采集處理系統是不夠的，因此需要對系統的數據存儲器空間進(jìn)行外部擴展。系統擴展了兩片DDR3(MT41J128M16JT-125)同步動(dòng)態(tài)數據存儲器(SDRAM)，數據總線(xiàn)均為16位，共512 MB。

DM8148片上帶有兩個(gè)外部存儲器擴展接口EMIF0和EMIF1，數據總線(xiàn)寬度均為32位。DM8148通過(guò)EMIFs訪(fǎng)問(wèn)外部存儲器。

從片內資源有效地將數據移動(dòng)到外部DDR3SDRAM器件時(shí)，DDR3內存控制器即EMIF使用了一個(gè)命令FIFO，一個(gè)寫(xiě)數據FIFO，一個(gè)回傳命令的FIFO和兩個(gè)讀數據FIFO。圖4顯示了EMIF的FIFO框圖，命令、寫(xiě)數據、讀數據到達EMIF并行地與對方交互。而用來(lái)寫(xiě)和讀外部存儲器以及內部存儲器映射寄存器中的數據采用的是同一條外圍總線(xiàn)。

命令的FIFO存儲所有來(lái)自OCP命令接口的命令;寫(xiě)數據的FIFO存儲來(lái)自OCP寫(xiě)數據接口的寫(xiě)入數據;回傳命令的FIFO存儲所有將發(fā)給OCP的回傳接口的回傳事務(wù)。兩個(gè)讀數據的FIFO存儲將被送至OCP回傳接口的數據;一個(gè)讀數據FIFO存儲讀自?xún)却嬗成浼拇嫫鞯臄祿?另一個(gè)讀數據FIFO存儲從外部存儲器中讀取的數據。

4.2 NAND Flash模塊

系統需要對程序的運行代碼進(jìn)行存儲，且DM8148片上無(wú)掉電不丟失的程序存儲器，所以必須擴展。系統的程序存儲器選用的是Flash芯片，該芯片較EPROM存儲數據更快速、容量更大、且具有掉電不丟失數據、在線(xiàn)可編程、擁有足夠多的擦除次數等優(yōu)點(diǎn)。圖5為GMPC與外部存儲器NAND Flash的連接示意圖。

NAND設備的數據讀取和寫(xiě)入訪(fǎng)問(wèn)均是通過(guò)一個(gè)讀完成或寫(xiě)請求給芯片選擇相關(guān)的存儲區域或通過(guò)一個(gè)讀或寫(xiě)請求給GPMC_NAND_DATA_i(其中i=0～5)寄存器所在位置。GPMC_ NAND_DATA_i不是真正的寄存器，而是一個(gè)地址位置，使能RE或WE信號控制。

從GPMC_NAND_DATA_i位置或者從相關(guān)芯片選擇存儲區域讀取數據，將激活一個(gè)異步讀訪(fǎng)問(wèn)。記錄數據到GPMC_NAND_DATA_i位置或相關(guān)的芯片選擇存儲區域寫(xiě)數據，則將會(huì )激活一個(gè)異步寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)。

5 應用程序設計

應用程序由多個(gè)鏈接組成，主要鏈接有：捕獲鏈接、去隔行鏈接/尺寸調節鏈接、顯示鏈接、編碼器連接、解碼器鏈接、算法鏈接、空鏈接、IPC位輸入/輸出和幀輸入/輸出鏈接。圖6為系統數據流圖，可從中直觀(guān)地看出各個(gè)鏈接間的關(guān)系。

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